關(guān)于高壓主蒸汽管道（P91 材質(zhì)）國產(chǎn)化的可行性分析

李曉東LI Xiao-dong

（神華集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司甲醇制烯烴籌建處技術(shù)科，靈武 750411）

（Methanol to Olefins Preparatory Office Technology Department，Coal Chemical Industry Branch，Shenhua Group，Lingwu 750411，China）

0 引言

國際上P91 管材市場大致分為兩部分，第一部分，是外徑小于等于508（NPS 小于等于20”）的部分，這部分口徑的鋼管由于生產(chǎn)廠商眾多，幾乎歐洲，美國，日本等工業(yè)發(fā)達國家的無縫管制造商根據(jù)各自的軋機組據(jù)情況均可以提供改組規(guī)格的P91 鋼管，所以該組規(guī)格的鋼管國際市場競爭也非常激烈，價格相對較低，根據(jù)神華寧煤集團甲醇制烯烴一期招標的情況，其平均噸單價價位大致在8 萬RMB 左右。且經(jīng)過幾年的經(jīng)濟危機，現(xiàn)市場價位應(yīng)該比這個價格還低。第二部分為外徑大于等于24”的部分，這部分鋼管由于國際市場上僅有V&M，威曼高登，日本住友等才具有生產(chǎn)該組規(guī)格鋼管的能力，由于生產(chǎn)資源相對較少，競爭不是太激烈，故其價格相對較高，單價約為17 萬RMB 左右。本文從5 個方面對P91 鋼管進行介紹及國產(chǎn)化可行性分析。

1 ASME SA-335M P91 簡介

T91/P91 為改良9Cr-1Mo 鋼，是由美國橡樹嶺國家實驗室在T9 鋼的基礎(chǔ)上研制、開發(fā)的新型鐵素體型耐熱合金鋼。改良9Cr-1Mo 鋼是通過限制碳含量上下限、更加嚴格地控制P 和S 等殘余元素含量的同時，添加了一定量的N 以及微量的強碳化吳形成元素V 和Nb，以達到細化晶粒，提高鋼管的持久強度要求。該鋼具有較好的綜合力學(xué)性能，高溫時效后組織穩(wěn)定，且焊接性能和工藝性能良好，適合于高溫受壓部件的材料。P91 鋼管與9Cr-1Mo 鋼管相比，其再600℃的持久強度是后者的3 倍，且保持了原9Cr-1Mo 鋼的優(yōu)良的抗高溫腐蝕性能。P91 鋼管由于其優(yōu)良特性于1984年納入ASME SA-335。P91 管在電站鍋爐中主要用于制造設(shè)計壁溫不超過600℃高溫過熱器集箱、高溫再熱器集箱以及高溫再熱器管道、主蒸汽管道，我國與1995年也將該鋼種納入GB5310 標準中，牌號定為10Cr9Mo1VNb。

近些年來，國內(nèi)煤化工、石油、石化項目高速發(fā)展，對P91 材質(zhì)的鋼管主要用于主蒸汽管道，其以焊接性能好、壁厚相對12Cr1MoVb 較薄，受到了設(shè)計院和用戶的大量應(yīng)用，但由于國內(nèi)冶煉、生產(chǎn)裝備及生產(chǎn)工藝等各種因素的影響，國內(nèi)對P91 的來源主要依靠國外進口，為了降低項目造價，縮短項目建設(shè)工期以及促進國內(nèi)先進耐高溫高壓管件材料的研發(fā)和生產(chǎn)，故本項目對目前國內(nèi)的主要鋼管生產(chǎn)廠家做了部分調(diào)研以及可行性研究，本文從技術(shù)、裝備、設(shè)計參數(shù)等幾個方面進行分析。

2 技術(shù)可行性

第一部分：小口徑鋼管（NPS 小于等于20”）國內(nèi)生產(chǎn)商情況 目前國內(nèi)知名的大型鋼管生產(chǎn)廠商，主要以北方重工、武漢重工鑄鍛、河北宏潤等企業(yè)為首的一批企業(yè)P91 鋼管生產(chǎn)工藝基本成熟、設(shè)備滿足要求、產(chǎn)品可靠度經(jīng)過幾年用戶運行，已滿足裝置運行要求，逐漸填補了三年前國內(nèi)P91 空白市場，但對于12”及以下的口徑的鋼管以上廠家的組距范圍還不能滿足要求。

第二部分：大口徑厚壁鋼管（NPS 小于等于24”）國內(nèi)生產(chǎn)商情況 部分生產(chǎn)廠商不具備煉鋼能力，對應(yīng)P91 材質(zhì)化學(xué)成分的精確控制能力有欠缺，且廠商成立時間較短，其P91 產(chǎn)品是否成熟還得經(jīng)過用戶10 萬小時的質(zhì)量跟蹤，才可定論；部分生產(chǎn)廠商具備煉鋼能力，對P91 材質(zhì)的化學(xué)成分的精控能力較好，且技術(shù)實力比較有保障，且生產(chǎn)工藝也相對成熟，P91 產(chǎn)品定型時間也較長，生產(chǎn)業(yè)績較多，如北方重工集團有限公司、武漢鑄鍛471 廠等。

第三部分：P91 無縫鋼管的性能鑒定 P91 材料性能試驗工作一般分為兩個階段，第一階段主要參照ASME SA-335M 及GB5310 完成ASME SA-335M P91 大口徑厚壁鋼管常規(guī)性能與組織分析試驗工作，主要包括化學(xué)成分分析、非金屬夾雜物、低溫組織、顯微組合及晶粒度、室溫拉伸性能、彎曲性能、高溫拉升性能；

第二階段主要是開展ASME SA-335M P91 大口徑厚壁鋼管的高溫持久試驗工作，根據(jù)持久強度外推方程：

持久強度值在600℃下10 萬小時的持久強度必須高于2010 ASME BPVC-II-Part D 推薦的平均值92.4MPa，以及GB5310-2008 標準對10CrMo1VNb 鋼管的持久強度推薦值93MPa。

目前國內(nèi)廠家基本都已完成了第一階段ASME SA-335M P91 大口徑厚壁鋼管常規(guī)性能與組織分析試驗工作，且均符合要求，但對于第二階段高溫持久性能試驗這一塊，由于此試驗時間較長一般在2-3年內(nèi)完成報告，故大部分廠家沒有完成，目前經(jīng)調(diào)查已完成此報告的廠家有北方重工、武漢重工鑄鍛、浙江格洛斯、四川三洲、河北宏潤等均已完成，但小部分廠家批量生產(chǎn)基本在2010年后，故產(chǎn)品的成熟度有待考證。

3 生產(chǎn)工藝的可行性

根據(jù)現(xiàn)階段國內(nèi)廠商生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)裝備P91 鋼管目前按生產(chǎn)方法主要為垂直擠壓、沖孔-拔伸以及皮爾格軋機三種工藝。

3.1 工藝簡述

①垂直擠壓生產(chǎn)工藝流程：原材料入廠檢驗→加熱→清除氧化皮→自由鐓粗剝落圓周面氧化皮→在制坯機的鐓粗筒中閉式鐓粗、沖孔→穿孔、落料→脫?！鷶D壓坯加熱-→清除氧化皮→噴涂潤滑劑→在擠壓坯上放置玻璃墊→在擠壓機上擠壓鋼管→切除壓余→熱處理→精整清理鋼管表面→理化試驗→磨削內(nèi)孔、外圓→無損檢測→外觀檢驗→入庫。

②沖孔拔伸工藝流程：鋼錠入廠檢驗→臺車爐加熱→鋼錠除磷→立式水壓機沖孔→臥式水壓機拔伸→臺車爐補熱→熱鋼錠補熱→臥式水壓機拔伸→緩冷→毛坯管切頭尾→淬火→回火→力學(xué)性能和金相等檢驗→機加工（內(nèi)鏜外車）→無損檢測→外觀檢查→標識→入庫。

③周期軋制工藝流程：鋼錠入場檢驗→環(huán)形爐加熱→曼式穿孔機（水壓沖孔機）穿孔→周期軋管機扎管→熱鋸切皮爾格頭→定徑→矯直→冷床冷卻→熱處理→理化檢驗→無損檢測→外觀檢查→標識→入庫。

3.2 工藝優(yōu)缺點比較（表1）

4 項目設(shè)計及后果風(fēng)險

神華寧煤甲醇制烯烴項目P91 鋼管使用于透平動力高高壓蒸汽介質(zhì)，其設(shè)計溫度540 攝氏度，設(shè)計壓力10.6MPa，管道的壁厚計算采用ASME B31.3 計算原則，其計算過程如下：

24”鋼管：

Tp（管道承受壓力所需最小壁厚厚度）=31.2283MM；

Ta（選用鋼管壁厚再考慮壁厚負偏差及腐蝕余量因素后可提供的鋼管壁厚）=32.4MM；

實際設(shè)計壁厚余量只有1.2MM。

20”鋼管：

Tp（管道承受壓力所需最小壁厚厚度）=26.02358MM；

Ta（選用鋼管壁厚再考慮壁厚負偏差及腐蝕余量因素后可提供的鋼管壁厚）=26.8MM；

表1

實際設(shè)計壁厚余量只有0.8MM。

從以上計算數(shù)據(jù)看，本項目使用的P91 鋼管實際設(shè)計余量是非常有限的，這就要求鋼管的質(zhì)量不允許有任何的差錯，任何小的質(zhì)量缺陷都有可能引起管道的失效，而高高壓蒸汽的性質(zhì)也決定了其鋼管一旦失效會引起安全災(zāi)難。因此對于本項目的此次國產(chǎn)化P91，我們在廠商的選擇上慎之又慎。

5 項目執(zhí)行經(jīng)濟性分析

根據(jù)本項目的情況，20”（24”）鋼管為最大使用用量的口徑，但其數(shù)量也不是很多（大概139 噸）左右，其他規(guī)格數(shù)量很少，估計全部重量不會超過150 噸鋼管用量，根據(jù)這個預(yù)估量，從項目執(zhí)行經(jīng)濟性的角度，進行如下的分析：

20”國產(chǎn)化鋼管經(jīng)濟性：

①鋼管進口按照6 萬（暫定）/噸單價的情況下：

鋼管366 米×單重（0.381 噸/米）+彎頭24 個×1.002 噸/個×3（彎頭價格修正系數(shù)）=211 噸；

預(yù)計總價：211×6（暫定）萬/噸=1266 萬。

②鋼管國內(nèi)按照3 萬（暫定）/噸單價的情況下：

鋼管366 米×單重（0.381 噸/米）+彎頭24 個×1.002 噸/個×3（彎頭價格修正系數(shù)）=211 噸；

預(yù)計總價：211 噸×3（暫定）萬/噸=633 萬。

從以上對比看，國產(chǎn)化P91 鋼管，可節(jié)約費用633W。

6 結(jié)語

綜上所述，基于以下因素，對于20”及以下口徑的P91鋼管，本項目采用國內(nèi)生產(chǎn)的P91 鋼管。

6.1 目前國內(nèi)市場的生產(chǎn)工藝及裝備水平已達到國際水平，與著名的生產(chǎn)廠商日本住友、威曼高登、意大利達爾明等相似，完全滿足本項目要求。

6.2 同比國際市場價格，本項目可投資節(jié)約費用最少1000W 以上。

6.3 國內(nèi)生產(chǎn)的P91 鋼管，經(jīng)過近幾年電廠、化工的使用，產(chǎn)品的成熟度已達到煤化工的要求。

但由于本項目的前期設(shè)計中未考慮國產(chǎn)化P91 鋼管，對于設(shè)計余量考慮較小，建議在下個項目中著重考慮管線的壁厚，提供設(shè)計余量，保證管道壁厚。

[1]電力規(guī)劃設(shè)計總院管道專業(yè)技術(shù)小組.關(guān)于我國火電廠主蒸汽管道P91 鋼的建議[J].中國電力，1996，29（7）：3-9.

[2]殷戈，葛斌，王培紅.蒸汽管網(wǎng)熱力系統(tǒng)的建模與軟件開發(fā)[J].熱力發(fā)電，2008（05）.

[3]寧保群，嚴澤生，付繼成，別利劍，劉永長.T91 鐵素體耐熱鋼強化新途徑[J].材料導(dǎo)報，2009（07）.

[4]劉堯星.P91 鋼焊接材料的優(yōu)化選擇[J].湖南電力，2007（04）.